Actuador basado en células musculares cardíacas y biorobot autoestabilizante - PARTE 1

Merrel T. Holley; Neerajha Nagarajan; Christian Danielson; Pinar Zorlutuna; Kidong Park

doi:10.3791/55642

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Actuador basado en células musculares cardíacas y biorobot autoestabilizante - PARTE 1

DOI:

10.3791/55642

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July 11th, 2017

Merrel T. Holley*¹, Neerajha Nagarajan*², Christian Danielson¹, Pinar Zorlutuna*², Kidong Park*¹

¹Division of Electrical and Computer Engineering, Louisiana State University, ²Department of Aerospace and Mechanical Engineering, Bioengineering Graduate Program, University of Notre Dame

* Estos autores han contribuido por igual

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Resumen

En este estudio en dos partes, un actuador biológico se desarrolló utilizando polidimetilsiloxano (PDMS) altamente flexible y cantilevers vivos células musculares (cardiomiocitos), y se caracteriza. El actuador biológico se incorporó con una base hecha de materiales PDMS modificados para construir un biorobot de natación autoestabilizante.

Resumen

Las máquinas biológicas, a menudo denominadas biorobots, son dispositivos vivos basados en células o tejidos que se alimentan únicamente por la actividad contráctil de componentes vivos. Debido a sus ventajas inherentes, los biorobots están ganando interés como alternativas a los robots tradicionales totalmente artificiales. Varios estudios se han centrado en aprovechar el poder de los actuadores biológicos, pero sólo recientemente los estudios han caracterizado cuantitativamente el rendimiento de los biorobots y estudiado su geometría para mejorar la funcionalidad y la eficiencia. Aquí, demostramos el desarrollo de un biorobot de natación auto-estabilizante que puede mantener su tono, profundidad y rollo sin intervención externa. El diseño y fabricación del andamio PDMS para el actuador biológico y biorobot seguido de la funcionalización con fibronectina se describe en esta primera parte. En la segunda parte de este artículo en dos partes, detallamos la incorporación de cardiomiocitos y caracterizarAtor y biorobot. Ambos incorporan una base y cola (voladizo) que producen propulsión basada en aletas. La cola se construye con técnicas de litografía blanda utilizando PDMS y grabado láser. Después de incorporar la cola con la base del dispositivo, se funda con una proteína adhesiva celular y se siembra confluentemente con cardiomiocitos. La base del actuador biológico consiste en un bloque PDMS sólido con una perla de vidrio central (actúa como un peso). La base del biorobot consiste en dos materiales compuestos de PDMS, Ni-PDMS y microbalón-PDMS (MB-PDMS). El polvo de níquel (en Ni-PDMS) permite el control magnético del biorobot durante la siembra de las células y la estabilidad durante la locomoción. Los microbolones (en MB-PDMS) disminuyen la densidad de MB-PDMS, y permiten que el biorobot flote y nade constantemente. El uso de estos dos materiales con diferentes densidades de masa permitió un control preciso sobre la distribución del peso para asegurar una fuerza de restauración positiva en cualquier ángulo del biorobot. Esta técnicaProduce un biorobot de natación auto-estabilizante controlado magnéticamente.

Introducción

Actuadores biológicos y biorobots están siendo estudiados activamente para proporcionar una alternativa a la robótica convencional para numerosas aplicaciones. Biorobots que caminan ⁵ ^, ⁶ ^, ⁷ ^, ⁸ , nadan ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ , bomba ⁹ ^, ¹⁰ , o agarre ¹¹ ^, ¹² ^, ¹³ ^<....